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JP6287625B2 - 内燃機関の冷却システム - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の冷却システムに関し、詳しくは、冷却液等の冷媒により内燃機関の温度管理を行う技術に関する。
上記のように構成された冷却システムとして特許文献1には、エンジンの冷却液をヒータコアに送り出す流路と、エンジンの冷却液をラジエータに送り出す流路とが個別に形成され、各々の流路の冷却液をエンジンに戻すウォータポンプを備えた技術が示されている。この特許文献1では、流路のうちヒータに冷却液を送る流路のエンジン側に開閉自在な冷却液停止弁を備えている。
特許文献1の冷却液停止弁は、弁座に当接して閉じ状態に達するように構成された磁性体で成る弁体と、この弁体を弁座に当接させる方向(閉じ方向)に付勢力を作用させる付勢手段(スプリング)と、電磁力により弁体を吸着して弁座に当接させるソレノイドとを備えて構成されている。この構成では冷却液の圧力により弁体が開放するように、弁体を閉じ方向に付勢する付勢手段の付勢力が設定されている。
特に、この特許文献1では、エンジンの冷却液をヒータコアに送り出す流路と、エンジンの冷却液をラジエータに送り出す流路とが個別に形成されているため、ソレノイドに断線等の故障が生じた場合でも、ラジエータへの冷却液の流れは確保され、エンジンの過熱が防止される。
特許文献2には、内燃機関の冷却水が送り出される第一流路と、第二流路とが個別に形成され、これらの冷却水が合流する共通流路に冷却水を内燃機関に戻すウォータポンプを備えた技術が示されている。この特許文献2では、第一流路に冷却水を冷却する液体冷却手段(ラジエータ)が備えられている。また、第二流路には冷却水の熱を授受する熱交換手段が備えられている。第一流路と第二流路との合流部位には第一バルブが備えられ、第二流路のうち熱交換手段と直列の位置には第二バルブが直列に備えられている。
この特許文献2では、第一バルブは、サーモスタットを有し、冷却水の温度上昇に伴い第一流路と第二流路とを流れる冷却水量を増大させるように構成されている。第二バルブは、熱交換手段に流れる冷却水の水量を調節する電気駆動式の流量制御バルブとして構成されている。
この特許文献2では、内燃機関から送り出される冷却水の水温を検出する第一センサを備え、第一バルブと第二バルブとを制御する制御装置を備えている。制御装置は、第一センサの検出結果から第二バルブの故障を判定した場合には、第一バルブのヒータを作動させることで第一バルブを開放して第一流路に流れる冷却水の水量を増大させる制御形態を行うように構成されている。
特表2013‐525653号公報 特開2011‐102545号公報
自動車等では、内燃機関の冷媒の循環系に備えられる弁が故障することにより内燃機関のオーバーヒートを招くこともあり、特許文献2にも示されるように弁が故障した場合の対策も必要となる。特に、寒冷地で自動車等の車両を走行させる場合にはフロントガラスの霜や結露を除去するためにデフロスタが必要である。このデフロスタは冷媒の熱により加熱した空気をフロントガラスに供給するため、ヒータコアに対する冷媒の供給を確実に行いたい要望もある。
自動車等に備えられる内燃機関は、特許文献1にも示されるように、内燃機関の温度管理を行うために冷却水等の冷媒をラジエータとの間で循環させる流路を備え、車内温度等をコントロールするため冷媒をヒータコアに供給する流路を備えている。また、自動車等の車両では、特許文献1に示される流路の他にEGRクーラやオイルウォーマ等において熱の授受を実現するための流路を備えたものも存在する。
このような構成では、車内温度のコントロールとEGRクーラの作動とを独立して行うことも可能となる。しかしながら、車内温度のコントロールとEGRクーラの作動とを独立して行うためには、ラジエータに冷媒を供給する流路と、ヒータコアに冷媒を供給する流路と、EGRクーラに冷媒を供給する流路とを独立して形成し、各々の流路に対し、例えば電気的に開閉制御される弁を備えることが必要となる。このような構成では、3つの弁を必要とし、システムのコスト上昇に繋がるため改善の余地がある。
本発明の目的は、冷媒を制御する弁の故障時にも内燃機関のオーバーヒートを抑制できる冷却システムを低廉に構成する点にある。
本発明の特徴は、内燃機関とラジエータとに亘って冷媒を循環させる第1流路と、前記第1流路から分岐して前記ラジエータとは異なる冷媒の吸熱を行う第1熱交換部に前記冷媒を循環させる第2流路と、前記第1流路とは独立に設けられ、前記内燃機関から冷媒の放熱を行う第2熱交換部に前記冷媒を循環させる第3流路とを有し、
前記第1流路から前記第2流路への分岐部に、電動アクチュエータの制御により前記第1流路および前記第2流路に供給する前記冷媒の量を調節可能な流量制御弁が備えられると共に、
前記第3流路において前記第2熱交換部と直列に、電磁ソレノイドの制御により前記第3流路を開閉する開閉弁が備えられ、前記冷媒の加熱状態に基づいて前記流量制御弁及び前記開閉弁を制御する制御部を有しており、
前記制御部が、前記流量制御弁の故障を判定する故障判定部を有し、当該故障判定部で故障を判定した場合に前記開閉弁を開放する制御を実行する点にある。
この構成によると、開閉弁が電磁ソレノイドの制御により開閉する構成であるため、流量制御弁と比較して機械的な作動部分が少なく開閉が確実となる。また、例えば、電磁ソレノイドに通電することで流路を閉塞するように構成したものでは、電磁ソレノイドが断線した場合でも冷媒の圧力により開放状態に移行することも可能となり、拘束状態に陥る現象を招き難い。
特に、流量制御弁の故障によりラジエータに冷媒を供給できない状況に陥っても、開閉弁を介して冷媒を第2熱交換部に供給して放熱することが可能となり、内燃機関のオーバーヒートを抑制できる。更に、ラジエータに供給する冷媒を制御する専用の弁を備えずに済むため、専用の弁を備えた構成と比較してコストの上昇を抑制できる。
従って、冷媒を制御する弁の故障時にも内燃機関のオーバーヒートを抑制できる冷却システムが低廉に構成できた。
また、これによると、故障判定部で流量制御弁の故障を判定した場合には、強制開放部が開閉弁を開放するため、流量制御弁が閉塞状態で故障した場合のようにラジエータで冷媒の放熱が不可能な状況に陥っても、内燃機関から送り出された冷媒の熱を第2熱交換部で放熱させオーバーヒートを回避できる。
本発明の特徴は、内燃機関とラジエータとに亘って冷媒を循環させる第1流路と、
前記第1流路から分岐して前記ラジエータとは異なる冷媒の吸熱を行う第1熱交換部に前記冷媒を循環させる第2流路と、
前記第1流路とは独立に設けられ、前記内燃機関から冷媒の放熱を行う第2熱交換部に前記冷媒を循環させる第3流路とを有し、
前記第1流路から前記第2流路への分岐部に、電動アクチュエータの制御により前記第1流路および前記第2流路に供給する前記冷媒の量を調節可能な流量制御弁が備えられると共に、
前記第3流路において前記第2熱交換部と直列に、電磁ソレノイドの制御により前記第3流路を開閉する開閉弁が備えられ、
前記冷媒の加熱状態に基づいて前記流量制御弁及び前記開閉弁を制御する制御部を有しており、
前記制御部が、前記第2熱交換部における冷媒からの熱の取り出しの可否を判定する可否判定部を備え、当該可否判定部が、冷媒からの熱の取り出しが可能と判定し、前記第2熱交換部に対して熱交換要求があった場合に前記開閉弁を開放し、
前記可否判定部が、前記第2流路を介して前記第1熱交換部に供給される冷媒の積算供給時間が設定値を超えた場合に冷媒からの熱の取り出しが可能と判定する点にある
この構成によると、開閉弁が電磁ソレノイドの制御により開閉する構成であるため、流量制御弁と比較して機械的な作動部分が少なく開閉が確実となる。また、例えば、電磁ソレノイドに通電することで流路を閉塞するように構成したものでは、電磁ソレノイドが断線した場合でも冷媒の圧力により開放状態に移行することも可能となり、拘束状態に陥る現象を招き難い。
特に、流量制御弁の故障によりラジエータに冷媒を供給できない状況に陥っても、開閉弁を介して冷媒を第2熱交換部に供給して放熱することが可能となり、内燃機関のオーバーヒートを抑制できる。更に、ラジエータに供給する冷媒を制御する専用の弁を備えずに済むため、専用の弁を備えた構成と比較してコストの上昇を抑制できる。
従って、冷媒を制御する弁の故障時にも内燃機関のオーバーヒートを抑制できる冷却システムが低廉に構成できた。
乗用車を例に挙げると、内燃機関の始動直後には冷媒の温度が低いため、室内の暖房を行うために第2熱交換部に冷媒を供給しても暖房効果は得られない。これに対して、本発明のように可否判定部で冷媒の熱の取り出しが可能と判定した状況で、熱交換要求があった場合に開閉弁を開放するものでは、熱の取り出しが可能と判定しない状況で熱交換要求があっても開閉弁を開放しないため、無駄な制御を排除して冷媒から確実に熱を取り出すことができる。
これによると、内燃機関の稼働状態において第2熱交換部に冷媒が供給される状況が継続し、積算供給時間が設定値を超えた場合には、冷媒の温度が充分に上昇していると想定できるため判定に無理がない。
本発明の特徴は、内燃機関とラジエータとに亘って冷媒を循環させる第1流路と、
前記第1流路から分岐して前記ラジエータとは異なる冷媒の吸熱を行う第1熱交換部に前記冷媒を循環させる第2流路と、
前記第1流路とは独立に設けられ、前記内燃機関から冷媒の放熱を行う第2熱交換部に前記冷媒を循環させる第3流路とを有し、
前記第1流路から前記第2流路への分岐部に、電動アクチュエータの制御により前記第1流路および前記第2流路に供給する前記冷媒の量を調節可能な流量制御弁が備えられると共に、
前記第3流路において前記第2熱交換部と直列に、電磁ソレノイドの制御により前記第3流路を開閉する開閉弁が備えられ、
前記冷媒の加熱状態に基づいて前記流量制御弁及び前記開閉弁を制御する制御部を有しており、
前記制御部が、前記第2熱交換部における冷媒からの熱の取り出しの可否を判定する可否判定部を備え、当該可否判定部が、冷媒からの熱の取り出しが可能と判定し、前記第2熱交換部に対して熱交換要求があった場合に前記開閉弁を開放し、
前記可否判定部が、前記第2流路を介して前記第1熱交換部に供給された冷媒の積算供給量が予め設定された値を超えた場合に冷媒からの熱の取り出しが可能と判定する点にある。
この構成によると、開閉弁が電磁ソレノイドの制御により開閉する構成であるため、流量制御弁と比較して機械的な作動部分が少なく開閉が確実となる。また、例えば、電磁ソレノイドに通電することで流路を閉塞するように構成したものでは、電磁ソレノイドが断線した場合でも冷媒の圧力により開放状態に移行することも可能となり、拘束状態に陥る現象を招き難い。
特に、流量制御弁の故障によりラジエータに冷媒を供給できない状況に陥っても、開閉弁を介して冷媒を第2熱交換部に供給して放熱することが可能となり、内燃機関のオーバーヒートを抑制できる。更に、ラジエータに供給する冷媒を制御する専用の弁を備えずに済むため、専用の弁を備えた構成と比較してコストの上昇を抑制できる。
従って、冷媒を制御する弁の故障時にも内燃機関のオーバーヒートを抑制できる冷却システムが低廉に構成できた。
乗用車を例に挙げると、内燃機関の始動直後には冷媒の温度が低いため、室内の暖房を行うために第2熱交換部に冷媒を供給しても暖房効果は得られない。これに対して、本発明のように可否判定部で冷媒の熱の取り出しが可能と判定した状況で、熱交換要求があった場合に開閉弁を開放するものでは、熱の取り出しが可能と判定しない状況で熱交換要求があっても開閉弁を開放しないため、無駄な制御を排除して冷媒から確実に熱を取り出すことができる。
これによると、内燃機関の稼働状態において第2熱交換部に冷媒が供給される状況が継続し、積算供給時間が設定値を超えた場合には、冷媒の温度が充分に上昇していると想定できるため判定に無理がない。
本発明は、前記制御部が、前記第2熱交換部における冷媒からの熱の取り出しの可否を判定する可否判定部を備え、当該可否判定部が、冷媒からの熱の取り出しが可能と判定し、前記第2熱交換部に対して熱交換要求があった場合に前記開閉弁を開放しても良い。
乗用車を例に挙げると、内燃機関の始動直後には冷媒の温度が低いため、室内の暖房を行うために第2熱交換部に冷媒を供給しても暖房効果は得られない。これに対して、本発明のように可否判定部で冷媒の熱の取り出しが可能と判定した状況で、熱交換要求があった場合に開閉弁を開放するものでは、熱の取り出しが可能と判定しない状況で熱交換要求があっても開閉弁を開放しないため、無駄な制御を排除して冷媒から確実に熱を取り出すことができる。
本発明は、前記可否判定部が、温度センサで検知される冷媒の温度が設定値を超えた場合に冷媒からの熱の取り出しが可能と判定しても良い。
これによると、冷媒の温度に基づいて冷媒の熱の取り出しの可否を判定するため、可否判定部における判定が正確なものとなる。
本発明の特徴は、内燃機関とラジエータとに亘って冷媒を循環させる第1流路と、
前記第1流路から分岐して前記ラジエータとは異なる冷媒の吸熱を行う第1熱交換部に前記冷媒を循環させる第2流路と、
前記第1流路とは独立に設けられ、前記内燃機関から冷媒の放熱を行う第2熱交換部に前記冷媒を循環させる第3流路とを有し、
前記第1流路から前記第2流路への分岐部に、電動アクチュエータの制御により前記第1流路および前記第2流路に供給する前記冷媒の量を調節可能な流量制御弁が備えられると共に、
前記第3流路において前記第2熱交換部と直列に、電磁ソレノイドの制御により前記第3流路を開閉する開閉弁が備えられ、
前記冷媒の加熱状態に基づいて前記流量制御弁及び前記開閉弁を制御する制御部を有しており、
前記第1流路のうち前記流量制御弁より上流位置から前記流量制御弁をバイパスして前記第1流路に送るバイパス流路を設け、当該バイパス流路に前記開閉弁と同じ構成の第2開閉弁を備え、
前記制御部が、前記流量制御弁の故障を判定する故障判定部を備え、当該故障判定部で故障を判定した場合に前記第2開閉弁を開放する点にある。
この構成によると、開閉弁が電磁ソレノイドの制御により開閉する構成であるため、流量制御弁と比較して機械的な作動部分が少なく開閉が確実となる。また、例えば、電磁ソレノイドに通電することで流路を閉塞するように構成したものでは、電磁ソレノイドが断線した場合でも冷媒の圧力により開放状態に移行することも可能となり、拘束状態に陥る現象を招き難い。
特に、流量制御弁の故障によりラジエータに冷媒を供給できない状況に陥っても、開閉弁を介して冷媒を第2熱交換部に供給して放熱することが可能となり、内燃機関のオーバーヒートを抑制できる。更に、ラジエータに供給する冷媒を制御する専用の弁を備えずに済むため、専用の弁を備えた構成と比較してコストの上昇を抑制できる。
従って、冷媒を制御する弁の故障時にも内燃機関のオーバーヒートを抑制できる冷却システムが低廉に構成できた。
これによると、故障判定部で流量制御弁の故障を判定した場合には、強制開放部が第2開放弁を開放するため、流量制御弁が閉塞状態で故障した場合のように冷媒制御弁からラジエータに冷媒の供給が不能な状況に陥っても、内燃機関から送り出された冷媒を、第2開閉弁を介してラジエータに供給して放熱させオーバーヒートを回避できる。
内燃機関の冷却システムの全体構成を示すブロック図である。 閉じ状態の流量制御弁を示す図である。 第2流路に冷却水を供給する状態の流量制御弁を示す図である。 全開状態の流量制御弁を示す図である。 閉じ状態の開閉弁の断面図である。 開放状態の開閉弁の断面図である。 冷却制御のフローチャートである。 流量制御弁が故障している場合と、正常である場合とにおける水温の変化を示すグラフである。 別実施形態の内燃機関の冷却システムの全体構成を示すブロック図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔全体構成〕
図1には、内燃機関としてのエンジンEのウォータジャケットに貯留された冷却水(冷媒の一例)をラジエータ1に供給する第1流路L1と、この第1流路L1から分岐する第2流路L2とが形成され、ウォータジャケットからの冷却水が供給されるよう第1流路L1とは独立して設けられた第3流路L3とが形成された冷却システムを示している。
この冷却システムは、例えば、乗用車等の車両に備えられる。第1流路L1に対して、流量制御弁V1とラジエータ1とが、冷却水の流動方向に沿って直列に配置され、ラジエータ1を通過した冷却水をエンジンEに戻すウォータポンプ2を備えている。第2流路L2は流量制御弁V1から分岐して設けられ、この第2流路L2には第1熱交換部としてのEGRクーラ3が備えられる。このEGRクーラ3を通過した冷却水はウォータポンプ2に供給される。第3流路L3には開閉弁V2と、第2熱交換部としてのヒータコア4とが、冷却水の流動方向に沿って直列に配置され、ヒータコア4を通過した冷却水はウォータポンプ2に供給される。
この冷却システムは、エンジンEから排出された冷却水の水温を計測する温度センサとしての水温センサ5を第3流路L3に備えている。ウォータポンプ2は、電動型のポンプモータ2Mで駆動されるように構成されている。ラジエータ1には、電動型のファンモータ1Mで駆動されるラジエータファン1Aが備えられている。更に、この冷却システムでは、水温センサ5で計測される温度情報に基づいてエンジンEの温度を管理するための制御を実行するためECUとして機能する制御装置10(制御部の一例)を備えている。
流量制御弁V1は、電気制御が可能であり、第1流路L1の冷却水の一部を分岐して第2流路L2に送る三方弁としても機能する。この流量制御弁V1は、第1流路L1と、第2流路L2とにおける冷却水の流れを阻止する閉じ状態、及び、冷却水の流量を無段階に調節する調節状態に切換自在に構成されている。また、開閉弁V2は、電気制御が可能であり、第3流路L3において冷却水の流れを許容する開状態と、冷却水の流れを阻止する閉じ状態とに切換自在に構成されている。
制御装置10は、エンジンEの温度管理のほかに空調装置の制御を行うように構成されている。車両には空調装置として、ヒータコア4で加熱された車内の空気を循環させるダクト20が備えられ、このダクト20のうち吸気側にブロアモータ25Mで駆動されるブロア25が備えられている。ダクト20のうちヒータコア4で加熱された空気(温風)が送り出される側には、空気をデフロスタに送り出すデフロスタ吹出口21と、運転座席のドライバ等の顔の方向に吹き出すフェイス吹出口22と、ドライバ等の足元に吹き出すフット吹出口23とが形成されている。
この空調装置では、デフロスタ吹出口21への空気の流れを制御するデフロスタ側ダンパ21Aと、これを駆動する電動モータとが備えられている。これと同様に、フェイス吹出口への空気の流れを制御するフェイス側ダンパ22Aと、これを駆動する電動モータとが備えられている。更に、フット吹出口23への空気の流れを制御するフット側ダンパ23Aと、これを駆動する電動モータを備えている。
制御装置10は、空調設定部11からの設定信号を取得するように構成されると共に、流量制御弁V1と、開閉弁V2と、ウォータポンプ2のポンプモータ2Mと、ラジエータ1のファンモータ1Mを制御する出力信号系を備え、更に、空調装置のブロアモータ25M及び3つのダンパを駆動する電動モータを制御する出力信号系を備えている。
この構成から、制御装置10が流量制御弁V1を制御し、ウォータポンプ2を駆動することにより、エンジンからの冷却水を、第1流路L1を介してラジエータ1に供給した後にエンジンEに戻す形態での循環を行わせエンジンEの冷却が実現する。また、第1流路L1に供給される冷却水の一部を第2流路L2からEGRクーラ3に供給することによりEGRガスの冷却が可能となる。更に、開閉弁V2を開放することによりヒータコア4において冷却水の熱を空気に与え車内の暖房等が可能となる。この制御装置10の制御形態は後述する。
〔システムの変形例〕
この実施形態の冷却システムでは、ウォータポンプ2を電動型に構成しているが、例えば、エンジンEの駆動力が直接伝えられる構成や、エンジンEの駆動力がクラッチ機構を介して伝えられる構成のものでも良い。これらの構成では、冷却水の循環量の調節を行えないが、電動モータを使用するものと比較して故障し難く冷却システムの低廉化が可能となる。
また、水温センサ5を第3流路L3の水温を計測する位置に配置しているが、この水温センサ5を第1流路L1の水温を計測するように配置しても良く、第1流路L1と第3流路L3との双方の水温を計測するように配置しても良い。
また、第1熱交換部としてのEGRクーラ3に代えて、オートマチックトランスミッションのフルードや、油圧機器に用いられる作動油の温度上昇を図るオイルウォーマを備えても良い。また、第1熱交換部が、エンジンEで発生する熱を回収する排熱回収部として利用するように構成されても良い。
〔流量制御弁〕
図2〜図4に示すように、流量制御弁V1は、軸芯Xを中心とする筒状のハウジング41と、このハウジング41の内部で軸芯Xと同軸芯上で相対回転自在に収容された弁部材42とを備えて構成されている。ハウジング41には、第1流路L1の上流側からの冷却水が供給される供給路41Aと、冷却水を第2流路L2に送り出す分岐路41Bと、冷却水を第1流路L1の下流側に接続する排出路41Cとが形成されている。弁部材42には、分岐路41Bと排出路41Cとに対する冷却水の流れを制御する一対の制御弁部42Aが一体的に形成されている。これにより流量制御弁V1は、第1流路L1と第2流路L2とに供給される冷却水の水量を制御する流量制御の機能と、三方弁の機能とを有する。
この流量制御弁V1は、弁部材42と一体回転するセクタギヤ43Aと、これに咬合するウォームギヤ43Bとで成る減速ギヤ43を備えている。この減速ギヤ43を介して弁部材42を回転操作する電動アクチュエータとして弁制御モータ44を備え、分岐路41Bと排出路41Cとの開度を判定するため弁部材42の回転角を検知する角度センサとしてポテンショメータ45とを備えている。
尚、流量制御弁V1は、冷却水から圧力が作用しても開度が変化しないようにウォームギヤ型の減速ギヤ43が用いられている。また、流量制御弁V1は、角度センサとしてポテンショメータ45に代えてロータリエンコーダを備えても良い。
この流量制御弁V1では、弁部材42を図2に示す閉じ姿勢に設定することにより一対の制御弁部42Aにより第1流路L1と第2流路L2とを閉塞する状態が維持される。この状態から弁制御モータ44の駆動で弁部材42を方向Fに回動させることにより、図3に示すように先ず分岐路41Bにハウジング41の内部空間が分岐路41Bに連通し、第2流路L2に冷却水が供給される。次に、弁部材42を更に方向Fに回動させることにより、排出路41Cにハウジング41の内部空間が連通し、第1流路L1のうち流量制御弁V1より下流側に冷却水が供給される。
そして、図4に示すように状態に達することにより、一対の制御弁部42Aによる制限が解消され、分岐路41Bと排出路41Cとが全開状態となり、第1流路L1と、第2流路L2とに供給される冷却水の水量が最大となる。また、この全開状態では、供給路41A(第2流路L2)に流れる冷却水の流量より、流量制御弁V1より下流側の第1流路L1に供給される冷却水の流量が多くなる。
〔開閉弁〕
図5及び図6に示すように、開閉弁V2は、ケース31の内部の制御流路LC(第3流路L3の一部)を取り囲む領域に配置された電磁ソレノイド32と、ケース31の内部の弁空間31Sに収容された弁体33と、この弁体を閉じ方向に付勢するコイルスプリング34とを備えて構成されている。また、弁空間31Sに排出筒35が形成されている。
電磁ソレノイド32は、制御流路LCを形成するために筒状で、鉄やニッケルやこれらを含む磁性体製のコア32Aと、これに導線を巻回したコイル32Bとを備えている。弁体33は鉄やニッケル、あるいは、これらを含む磁性体で構成され、制御流路LCの中心となる軸芯に沿う方向に往復移動自在に支持されている。コイルスプリング34は、弁体を、制御流路を閉じ方向に付勢力を作用させる機能を有し、制御流路を流れる冷却水の圧力が作用した場合には制御流路LCを開放するように付勢力が設定されている。
この構成から、図5に示すように電磁ソレノイド32に電力が供給されない状態でもコイルスプリング34の付勢力により弁体33が制御流路LCの内端部に密着し、制御流路LCが閉じ状態に維持される。また、この閉じ状態においてウォータポンプ2が駆動された場合には、図6に示すように冷却水の圧力により弁体33が開放して制御流路LCから排出筒35への冷却水の流れが許される。これに対して、電磁ソレノイド32に電力が供給された場合には、ウォータポンプ2が駆動された場合でも電磁力により制御流路LCの内端部に弁体33が吸着され閉じ状態が維持される。
特に、この開閉弁V2は、可動部分が少ない単純な構成で故障が少なく、例えば、電磁ソレノイド32の導体が断線した場合にも、冷却水の圧力により開放することが可能となり、冷却水の循環を損なうことのないように構成されている。
〔制御装置:制御形態〕
図1に示すように、制御装置10は、マイクロプロセッサやDSP等を備えて構成されると共に、ソフトウエアで成る循環量設定部12と、冷却水制御部13と、故障判定部14と、強制開放部15と、可否判定部16とを備えている。
循環量設定部12は、水温センサ5で計測される水温に基づいてエンジンEを適正な温度に維持するために必要な冷却水の目標循環量を設定する。冷却水制御部13は循環量設定部12で設定された目標循環量の冷却水を循環させるために流量制御弁V1とウォータポンプ2とを制御する。尚、エンジンEの始動直後のように暖機を必要とする場合には、冷却水の目標循環量は「0」であり、冷却水制御部13は冷却水の流量を設定する制御は行われない。
故障判定部14は、ポテンショメータ45の検知結果から流量制御弁V1の故障の有無を判定する。強制開放部15は、故障判定部14が流量制御弁V1の故障を判定した場合に開閉弁V2を強制的に開放する制御を実行する。可否判定部16は、車両の暖房要求があった場合に冷却水の水温が空調可能な温度に達しているか否かの判定を行う。
尚、循環量設定部12と、冷却水制御部13と、故障判定部14と、強制開放部15と、可否判定部16とはロジック等のハードウエアで構成することや、ソフトウエアとハードウエアとの組み合わせにより構成しても良い。
制御装置10による冷却制御の概要を図7のフローチャートに示している。つまり、エンジンEの稼働時には、水温センサ5の計測結果に基づき、循環量設定部12がエンジンEを適正な温度に維持するために必要とする冷却水の目標循環量を設定する。この設定に対応して冷却水制御部13が目標循環量を得るように流量制御弁V1とウォータポンプ2とを制御する(#01、#02ステップ)。
前述した#01ステップでは、エンジンEの始動直後のように水温センサ5で計測される水温が低温である場合には、循環量設定部12で設定される目標循環量が「0」であるため流量制御弁V1は第1流路L1と第2流路L2とを閉じ状態に維持する。また、ウォータポンプ2は停止状態に維持され、冷却水の循環は行われず暖機が促進される。
次の#02ステップでは、暖機が進み水温センサ5で計測される水温が上昇し、冷却を必要とする場合には、循環量設定部12が目標循環量を設定する。これに対応して冷却水制御部13が第1流路L1と第2流路L2との目標開度を設定し、この目標開度を得るようにポテンショメータ45の検知信号をフィードバックする状態で弁制御モータ44を制御し、ウォータポンプ2の駆動速度が設定される。これにより流量制御弁V1における第1流路L1と第2流路L2とに対して適量の冷却水が供給される。
このように冷却水の循環が開始された場合には、故障判定部14が流量制御弁V1の故障の有無を判定する(#03ステップ)。この判定により故障である場合には、閉じ側にあるか否かを判定し(#04ステップ)、閉じ側(全閉に近い状態)にある場合には、アラーム情報を出力し、開閉弁V2を開放(強制開放)する(#05、#06ステップ)。
尚、開閉弁V2を開放する制御は、電磁ソレノイド32に対する電力の供給を停止することになる。
また、#04ステップにおいて判定された流量制御弁V1の故障が、閉じ側でない場合には、開閉弁V2を故障状態に放置した場合でも、流量制御弁V1を介して冷却水を第1流路L1に流すことが可能であるため、アラーム情報を出力する(#07ステップ)だけで開閉弁V2の強制開放を行わない。
つまり、流量制御弁V1は、減速ギヤ43の部位や弁制御モータ44に故障を招くこともある。流量制御弁V1の開度を設定する制御ではポテンショメータ45の検知信号をフィードバックするため、例えば、流量制御弁V1の弁制御モータ44を駆動する制御の実行時に、ポテンショメータ45で信号の変化を検出できない場合には、故障を判定することも可能である。また、閉じ側で故障した場合には、第1流路L1と第2流路L2に対する冷却水の供給が不能に陥ることもある。このような故障状態に陥った場合には、強制開放部15が開閉弁V2の電磁ソレノイド32への電力を遮断することにより、開閉弁V2の開放を実現している。
これにより流量制御弁V1が閉じ側に維持される状態で故障した場合には、冷却水をヒータコア4に供給し、このヒータコア4での放熱を行わせることでエンジンEのオーバーヒートを抑制する。
アラーム情報は、運転座席前方のパネルにランプを点灯させることや、ナビゲーション用のディスプレイ等に流量制御弁V1が故障状態にあることを示すメッセージやアイコン等を表示するために利用される。このようにアラーム情報を出力することにより、故障状態への対応を迅速に行うことが可能となる。
また、#03ステップで流量制御弁V1が故障でないことが判定され、空調設定部11の人為操作によりデフロスタ要求(デフロスタに温風を送るための操作)があった場合には、ダクト内の空気をデフロスタ吹出口21から吹き出すようにデフロスタ側ダンパ21Aを制御し、ブロアモータ25Mを駆動し、開閉弁V2を開放する(#08、#09、#06ステップ)。
つまり、デフロスタはフロントガラスの霜や結露を除去する目的で温風を供給するものであるため、冷却水の水温に拘わらず、ヒータコア4に冷却水を供給すると共に、ブロアモータ25Mを駆動し、デフロスタ側ダンパ21Aを開放することにより、ブロア25からの風をヒータコア4で加熱し、デフロスタ吹出口21から送り出す制御が行われる。
特に、デフロスタ要求があったタイミングにおいて、冷却水の水温が温風を得るに充分な温度に達していないことも想定されるが、フロントガラスの霜や結露を除去するための風の流れを作り出すことが重要であるため、水温に拘わりなくデフロスタ吹出口21に対してヒータコア4からの空気が供給されるのである。
次に、#03ステップで流量制御弁V1が故障でないことが判定され、デフロスタ要求がなく水温センサ5で計測される水温が設定値を超えている状況において、空調設定部11の人為操作によりヒータ要求(熱交換要求の一例:フェイス吹出口22又はフット吹出口23に温風を供給する制御)があった場合には、開閉弁V2を開放する(#10〜#12ステップ、#06ステップ)。
フェイス吹出口22又はフット吹出口23に温風を供給する制御では、ドライバ等の体に温風が直接接触するため冷却水の水温が充分に上昇している必要がある。また、#10ステップは、可否判定部16による判定であり、判定される水温は80℃を超える値に設定されている。従って、#10ステップにおいて冷却水の水温が80℃(設定値の具体例)を超えていることを判定した場合にのみ、フェイス吹出口22又はフット吹出口23に温風を供給する制御が実行される。
このように、空調設定部11の人為操作によりヒータ要求(フェイス吹出口22又はフット吹出口23に温風を供給する制御)があった場合には、温風を得るに充分な温度の冷却水をヒータコア4に供給した状態で、ブロアモータ25Mを駆動し、フェイス側ダンパ22A又はフット側ダンパ23Aを開放して対応する吹出口から温風が送り出される。
〔#10ステップの制御の変形例〕
前述したように#10ステップにおいて可否判定部16による判定形態として、水温センサ5を用いないで判定することも考えられる。
その一例として、第2流路L2のうち流量制御弁V1からEGRクーラ3に冷却水が供給された時間を積算し、この積算値(積算時間)が設定値に達した時点(供給開始から設定時間が経過した時点)で、冷却水が温風を得るに充分な温度に達したと判定しても良い。
この変形例では、EGRクーラ3に対して冷却水が流れた積算時間が設定値(例えば、100秒)を超えた場合には、エンジンEの温度が充分に上昇しており、冷却水の水温も温風に得るに充分な温度に達していると推定できるために行われる制御である。
また、この#10ステップでの変形例の一例として、第2流路L2のうち流量制御弁V1からEGRクーラ3に冷却水が供給された水量を積算する処理を行い、この積算値(積算供給量)が設定値に達した時点で、冷却水が温風を得るに充分な温度に達したと判定する。
この変形例ではウォータポンプ2の回転速度と、流量制御弁V1の開度と、冷却水が流れた時間とに基づく演算により積算供給量が求められる。このようにEGRクーラ3に対して設定量(例えば、5L(リットル))の冷却液が流れた場合には、エンジンEの温度が充分に上昇しており、冷却水の水温も温風に得るに充分な温度に達していると推定できるために行われる制御である。
〔制御形態の変形例〕
この制御形態では、流量制御弁V1が故障していない正常な状況でのみ、デフロスタ要求とヒータ要求とを許容しているが、このデフロスタ要求とヒータ要求とを流量制御弁V1が故障する状況でも実行するように制御形態を設定しても良い。
このように制御形態を設定することにより、流量制御弁V1が故障にある状況でもデフロスタ吹出口21から温風を送り出すことや、フェイス吹出口22又はフット吹出口23から温風を送り出すことが可能となる。
〔実施形態の作用・効果〕
このように、本発明の内燃機関の冷却システムでは、ラジエータ1に供給する冷却水の水量を調節するための弁と、EGRクーラ3に供給する冷却水の水量を調節する弁とを、流量制御弁V1で兼用できるため、第1流路L1と第2流路L2とに専用の弁を備える構成と比較して低廉化が可能となる。
開閉弁V2が電磁ソレノイド32の駆動により開閉する単純な構成であるため、例えば、電動モータを用いて開閉する構成のものと比較して故障し難いものとなる。また、開閉弁V2が、電磁ソレノイド32への電力供給を停止した場合に冷却水の圧力で弁体33が開放する構成である。これにより、流量制御弁V1が閉じ状態で故障しラジエータ1に冷却水を供給できない状況に陥った場合でも、電磁ソレノイド32への電力供給を停止することにより、冷却水の水圧で開閉弁V2の弁体33を開放させ、ヒータコア4において冷却水の放熱を行わせエンジンEのオーバーヒートを抑制できる。
また、デフロスタ吹出口21から空気を送り出す場合に冷却水の温度を考慮しないためフロントグラスの霜や結露の除去を積極的に行える。更に、フェイス吹出口22又はフット吹出口23から空気を送り出す場合には、必ず温風が送り出されるため、運転座席のドライバ等に冷風が触れる不快感を招くこともない。
特に、図8に示すように、流量制御弁V1が故障により閉じ側に維持された状態で開閉弁V2を開放した場合には、水温センサ5で計測される水温の変化がグラフAのように現れ、流量制御弁V1が正常に制御される状態で開閉弁V2を開放した場合には水温センサ5で計測される水温の変化がグラフBのように現れる。
つまり、流量制御弁V1が正常に作動する場合には開閉弁V2を開放した場合には、流量制御弁V1が故障している場合と比較して水温の変化を小さくすることが明らかである。また、流量制御弁V1が故障していても、開閉弁V2を開放することにより水温の調節が可能であることも理解できる。
〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い。
(a)この別実施形態では、図9に示す如く、前述した実施形態と同様の構成に加えて、流量制御弁V1より上流側の第1流路L1の冷却水を流量制御弁V1より下流側の第1流路L1に送るバイパス流路LBを形成し、このバイパス流路LBに対して開閉弁V2と共通する構成の第2開閉弁VBを備えている。
この別実施形態(a)では、故障判定部14で流量制御弁V1の故障を判定しない場合には、第2開閉弁VBの電磁ソレノイド32に継続的に電力を供給することでバイパス流路LBに冷却水が流れない状態を維持する。また、制御装置10の故障判定部14で流量制御弁V1が故障していることを判定した場合には、第2開閉弁VBの電磁ソレノイド32に対する電力供給を停止することにより、バイパス流路LBに流れる冷却水の水圧で第2開閉弁VBを開放し、ラジエータ1に対して冷却水を供給してエンジンEのオーバーヒートを抑制できる。
(b)開閉弁V2として、電磁ソレノイドへの通電時により弁体を開放し、電磁ソレノイドを非通電状態にすることで弁体を閉じ状態を維持するように構成する。この構成では、開閉弁V2を開放するために電力を消費することになるが、例えば、ヒータコア4に対する冷却水の供給頻度が低い場合には、電力を必要とせず省電力が実現する。
(c)故障判定部14として、第1流路L1に流れる冷却水の流量を増大するように流量制御弁V1を制御した後に水温センサ5で計測される水温が低下しない場合に、流量制御弁V1が故障であると判定するように判定形態を設定する。このように構成することによりポテンショメータ45を備えない流量制御弁V1の使用も可能となる。
本発明は、内燃機関の冷媒をラジエータ、及び、このラジエータとは異なる熱交換部に供給する冷却システムに利用することができる。
1 ラジエータ
3 第1熱交換部(EGRクーラ)
5 温度センサ(水温センサ)
4 第2熱交換部(ヒータコア)
10 制御部(制御装置)
14 故障判定部
16 可否判定部
32 電磁ソレノイド
44 電動アクチュエータ(弁制御モータ)
E 内燃機関(エンジン)
L1 第1流路
L2 第2流路
L3 第3流路
LB バイパス流路
V1 流量制御弁
V2 開閉弁
VB 第2開閉弁

Claims (6)

  1. 内燃機関とラジエータとに亘って冷媒を循環させる第1流路と、
    前記第1流路から分岐して前記ラジエータとは異なる冷媒の吸熱を行う第1熱交換部に前記冷媒を循環させる第2流路と、
    前記第1流路とは独立に設けられ、前記内燃機関から冷媒の放熱を行う第2熱交換部に前記冷媒を循環させる第3流路とを有し、
    前記第1流路から前記第2流路への分岐部に、電動アクチュエータの制御により前記第1流路および前記第2流路に供給する前記冷媒の量を調節可能な流量制御弁が備えられると共に、
    前記第3流路において前記第2熱交換部と直列に、電磁ソレノイドの制御により前記第3流路を開閉する開閉弁が備えられ、
    前記冷媒の加熱状態に基づいて前記流量制御弁及び前記開閉弁を制御する制御部を有しており、
    前記制御部が、前記流量制御弁の故障を判定する故障判定部を有し、当該故障判定部で故障を判定した場合に前記開閉弁を開放する制御を実行する内燃機関の冷却システム。
  2. 内燃機関とラジエータとに亘って冷媒を循環させる第1流路と、
    前記第1流路から分岐して前記ラジエータとは異なる冷媒の吸熱を行う第1熱交換部に前記冷媒を循環させる第2流路と、
    前記第1流路とは独立に設けられ、前記内燃機関から冷媒の放熱を行う第2熱交換部に前記冷媒を循環させる第3流路とを有し、
    前記第1流路から前記第2流路への分岐部に、電動アクチュエータの制御により前記第1流路および前記第2流路に供給する前記冷媒の量を調節可能な流量制御弁が備えられると共に、
    前記第3流路において前記第2熱交換部と直列に、電磁ソレノイドの制御により前記第3流路を開閉する開閉弁が備えられ、
    前記冷媒の加熱状態に基づいて前記流量制御弁及び前記開閉弁を制御する制御部を有しており、
    前記制御部が、前記第2熱交換部における冷媒からの熱の取り出しの可否を判定する可否判定部を備え、当該可否判定部が、冷媒からの熱の取り出しが可能と判定し、前記第2熱交換部に対して熱交換要求があった場合に前記開閉弁を開放し、
    前記可否判定部が、前記第2流路を介して前記第1熱交換部に供給される冷媒の積算供給時間が設定値を超えた場合に冷媒からの熱の取り出しが可能と判定する内燃機関の冷却システム。
  3. 内燃機関とラジエータとに亘って冷媒を循環させる第1流路と、
    前記第1流路から分岐して前記ラジエータとは異なる冷媒の吸熱を行う第1熱交換部に前記冷媒を循環させる第2流路と、
    前記第1流路とは独立に設けられ、前記内燃機関から冷媒の放熱を行う第2熱交換部に前記冷媒を循環させる第3流路とを有し、
    前記第1流路から前記第2流路への分岐部に、電動アクチュエータの制御により前記第1流路および前記第2流路に供給する前記冷媒の量を調節可能な流量制御弁が備えられると共に、
    前記第3流路において前記第2熱交換部と直列に、電磁ソレノイドの制御により前記第3流路を開閉する開閉弁が備えられ、
    前記冷媒の加熱状態に基づいて前記流量制御弁及び前記開閉弁を制御する制御部を有しており、
    前記制御部が、前記第2熱交換部における冷媒からの熱の取り出しの可否を判定する可否判定部を備え、当該可否判定部が、冷媒からの熱の取り出しが可能と判定し、前記第2熱交換部に対して熱交換要求があった場合に前記開閉弁を開放し、
    前記可否判定部が、前記第2流路を介して前記第1熱交換部に供給された冷媒の積算供給量が予め設定された値を超えた場合に冷媒からの熱の取り出しが可能と判定する内燃機関の冷却システム。
  4. 前記制御部が、前記第2熱交換部における冷媒からの熱の取り出しの可否を判定する可否判定部を備え、当該可否判定部が、冷媒からの熱の取り出しが可能と判定し、前記第2熱交換部に対して熱交換要求があった場合に前記開閉弁を開放する請求項記載の内燃機関の冷却システム。
  5. 前記可否判定部が、温度センサで検知される冷媒の温度が設定値を超えた場合に冷媒からの熱の取り出しが可能と判定する請求項2〜4のいずれか一項に記載の内燃機関の冷却システム。
  6. 内燃機関とラジエータとに亘って冷媒を循環させる第1流路と、
    前記第1流路から分岐して前記ラジエータとは異なる冷媒の吸熱を行う第1熱交換部に前記冷媒を循環させる第2流路と、
    前記第1流路とは独立に設けられ、前記内燃機関から冷媒の放熱を行う第2熱交換部に前記冷媒を循環させる第3流路とを有し、
    前記第1流路から前記第2流路への分岐部に、電動アクチュエータの制御により前記第1流路および前記第2流路に供給する前記冷媒の量を調節可能な流量制御弁が備えられると共に、
    前記第3流路において前記第2熱交換部と直列に、電磁ソレノイドの制御により前記第3流路を開閉する開閉弁が備えられ、
    前記冷媒の加熱状態に基づいて前記流量制御弁及び前記開閉弁を制御する制御部を有しており、
    前記第1流路のうち前記流量制御弁より上流位置から前記流量制御弁をバイパスして前記第1流路に送るバイパス流路を設け、当該バイパス流路に前記開閉弁と同じ構成の第2開閉弁を備え、
    前記制御部が、前記流量制御弁の故障を判定する故障判定部を備え、当該故障判定部で故障を判定した場合に前記第2開閉弁を開放する内燃機関の冷却システム。
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